Cum este curentul în circuit

1.8. Curentul electric. Legea lui Ohm

În cazul în conductor izolat plasat în câmp electric pe sarcini libere q în conductorul va avea ca rezultat o forță apare în mișcarea conductorului sarcini libere tranzitorii. Acest proces se termină atunci când taxele de câmp electric proprii care apar pe suprafața conductorului, compensează pe deplin câmpul extern. Rezultat câmpul electrostatic în interiorul conductorului este zero (vezi. § 1.5).

Cu toate acestea, în conductoarele în anumite condiții pot fi comandate mișcare continuă a transportatorilor fără sarcină electrică. O astfel de mișcare este numit un curent electric. Pentru direcția de direcția curentului electric luate sarcini libere pozitive. Pentru existența curentului electric într-un conductor este necesar pentru a crea un câmp electric în acesta.

O măsură cantitativă a curentului electric este intensitatea curentului I - cantitatea fizică scalară, egal cu raportul dintre sarcină q Δ. transportate prin secțiunea transversală a conductorului (Fig. 1.8.1) pentru intervalul de timp Δ t. prin acest interval de timp:

Dacă puterea actuală și direcția nu se schimba cu timpul, acest curent este numit permanent.

miscare ordonata a electronilor din conductor metalic și curentul I. S - aria secțiunii transversale a conductorului, - câmpul electric

În Sistemul Internațional de Unități intensitatea curentului se măsoară în amperi (A). Unitatea de măsură curentă 1A este instalat în interacțiunea magnetică între două conductoare paralele cu curent (a se vedea. § 1.16).

curent electric constant poate fi creat doar într-un circuit închis. în care purtatori de sarcina sunt vehiculate de-a lungul traseului închis. Câmpul electric la diferite puncte ale acestui circuit, în mod constant în timp. În consecință, câmpul electric pe link-ul de curent continuu are caracterul unui câmp electrostatic înghețat. Dar atunci când se deplasează sarcină electrică în câmp electrostatic de-a lungul unui traseu închis, activitatea de energie electrică este zero (a se vedea. § 1.4). Prin urmare, pentru existența curentului trebuie să aibă un dispozitiv de circuit capabil să producă și menține o diferență de potențial la părți ale lanțului datorită funcționării originii forțelor non-electrostatic. Astfel de dispozitive sunt numite surse de curent continuu. Forțele de origine non-electrostatice care acționează asupra purtătorilor de sarcină gratuite de la sursele de curent sunt numite de forțe exterioare.

Natura forțelor externe pot fi diferite. In celulele electrochimice sau baterii, acestea rezultă din procesele electrochimice, în generatoarele de curent continuu apar forțe exterioare în timpul deplasării conductoarelor într-un câmp magnetic. Sursă de curent într-un circuit electric joacă același rol ca și pompa, care este necesară pentru a pompa de lichid într-un sistem hidraulic închis. Sub acțiunea forțelor externe, sarcini electrice se deplasează în interiorul sursei de alimentare împotriva intensității câmpului electrostatic, prin care un curent electric constant poate fi menținut într-un circuit închis.

Atunci când se deplasează sarcini electrice în circuitul de curent continuu forțele externe care acționează în interiorul surselor de curent fac de lucru.

Cantitatea fizică egală cu raportul un element de lucru al forțelor externe atunci când se deplasează q taxa pe polul negativ la sursa de curent pozitiv la amploarea acestei taxe, numita sursa electromotoare (EDS):

Astfel, forța electromotoare este determinată de activitatea desfășurată de către forțe externe, atunci când se deplasează o singură sarcină pozitivă. Forța electromotoare, deoarece diferența de potențial, măsurată în volți (V).

Atunci când se deplasează sarcina pozitivă unitate pe o operațiune cu circuit închis de curent continuu al forțelor externe este egală cu suma FME, curent în acest circuit și funcționarea câmpului electrostatic este zero.

Circuit DC pot fi împărțite în porțiuni separate. Acele zone care nu sunt forțe exterioare valabile (m. E. Zonele care nu conțin surse de curent) se numesc omogene. Secțiunile care includ surse de curent, sunt numite mixte.

Când mutați unitatea de sarcină pozitivă pe o parte a lanțului de a lucra ca electrostatic comite (Coulomb) și forțe exterioare. De lucru forțe electrostatice este diferența de potențial Δφ12 = φ1 - φ2 între inițial (1) și capătul (2) puncte ale porțiunii neuniforma. Munca de forțe externe este, prin definiție, electromotoare forței 12 care acționează pe un anumit site. Prin urmare, activitatea totală este egală cu

Această formulă exprimă legea lui Ohm pentru lanțul complet. curentul din circuit este sursă complet forță electromotoare, împărțită la suma rezistențelor omogene și porțiuni de lanț neomogene.

Rezistența r porțiunea neomogene în Fig. 1.8.2 poate fi considerată ca o rezistență internă a sursei de curent. În acest caz, secțiunea (ab) din Fig. 1.8.2 o porțiune sursă internă. În cazul în care punctele a și b pentru a închide conductorul a cărui rezistență este mică în comparație cu rezistența la sursă internă (R <

scurtcircuit putere - curentul maxim care poate fi obținut dintr-o sursă dată de forță electromotoare, și o rezistență internă r. La surse cu rezistență internă scăzută a curentului de scurtcircuit poate fi foarte mare și poate provoca distrugerea circuitului electric sau a sursei. De exemplu, bateriile cu plumb acid utilizate în automobile, intensitatea curentului de scurtcircuit poate fi de mai multe sute de Amperi. scurt circuite periculoase în special în rețeaua de iluminat, alimentate de substații (mii de Amperi). Pentru a evita efectele devastatoare ale acestor curenți mari, într-un circuit de rețea sau întrerupătoare speciale siguranțe pornit.

În unele cazuri, pentru a preveni valori periculoase ale curentului de scurt-circuit la sursa conectată în serie o anumită rezistență externă. Apoi r rezistență este suma rezistenței sursei interne și rezistența externă și curentul de scurtcircuit nu excesiv de mare.

Dacă circuitul extern este deschis, atunci δφ ba = - .. Δφ ab =, adică, diferența de potențial la polii bateriei este egală cu său emf deschis.

În cazul în care rezistența de sarcină externă R pe, iar curentul trece prin baterie I. diferența de potențial la polii săi devine

Fig. 1.8.3 prezintă o diagramă schematică a DC cu un EMF egal și r rezistența internă în trei moduri: „inactiv“, sarcina de lucru și modul de scurtcircuit (în s ..). Afișate câmp electric în stivă și forțele care acționează asupra sarcinilor pozitive: - energie electrică, și - forță indirectă. câmp electric dispare în interiorul bateriei într-un mod de scurt-circuit.

Reprezentarea schematică a sursei de alimentare DC 1 - bateria este deschisă; 2 - bateria este scurtcircuitat la rezistență externă R; 3 - Mod de scurtcircuit

Pentru a măsura tensiunile și curenții din circuitele electrice, DC foloseste instrumente speciale - voltmetre și ampermetre.

Voltmetru pentru măsurarea diferenței de potențial aplicate la bornele sale. Acesta este conectat în paralel cu circuitul, care măsoară diferența de potențial. Orice voltmetru are o anumită rezistență R B. internă a voltmetrului nu are nici o redistribuire semnificativă a curenților atunci când este conectat la circuit, rezistența internă trebuie să fie mare în comparație cu rezistența porțiunii circuitului la care este conectat. Pentru circuitul prezentat în Fig. 1.8.4, această condiție poate fi scrisă ca:

Această condiție înseamnă că curentul I B = cd δφ / R B. care curge prin voltmetru este mult mai mică decât curentul I = cd δφ / R 1. care curge prin porțiunea circuitului testat.

Deoarece interiorul voltmetru nu operează forțe exterioare, diferența de potențial între bornele sale coincide cu tensiunea de determinare. Prin urmare, putem spune că contorul măsoară tensiunea.

Un ampermetru pentru măsurarea curentului în circuit. Ampermetru este conectat în serie în circuitul electric care a trecut prin toate curentul măsurat. Ampermetru are, de asemenea, unele interne de rezistență R A. In contrast cu voltmetru ampermetru rezistența internă trebuie să fie suficient de mică în comparație cu impedanța întregului circuit. Pentru circuitul din Fig. 1.8.4 rezistență ampermetru ar trebui să satisfacă

astfel încât atunci când curentul ampermetru în circuitul nu este schimbat.

Instrumente de masura - voltmetre si ampermetre - sunt de două tipuri: Întreruperi (analogice) și digitale. Instrumente digitale de măsurare electrice sunt dispozitive electronice complexe. De obicei, dispozitivele digitale oferă o mai mare acuratețe.